Добавление исторического изображения на карту
Изображения можно получить из многих источников, это могут быть спутниковые снимки, аэроснимки и сканированные исторические аэрофотоснимки. Современные спутниковые снимки и аэрофотографии получаются и распространяются уже с пространственной привязкой. Это означает, что вы можете использовать их в системе ГИС вместе с другими геопространственными данными - программа знает, где их найти на карте. С другой стороны, отсканированные исторические аэрофотоснимки обычно представляют собой цифровые изображения без пространственной привязки, напрямую их использовать в ГИС-системе нельзя.
Существуют различные методы решения этой проблемы. Вы сосредоточитесь на способах пространственной привязки, при которых нужно разместить один отсканированный аэрофотоснимок в системе координат карты. Этот подход позволяет увидеть историческую фотографию в правильном месте и правильном масштабе, и это поможет при визуальной оценке. В случаях, когда требуется более высокая точность, например, при использовании изображений в рабочих процессах высокоточного анализа, следует полагаться на более продвинутые методы пространственной привязки, для которых требуется модель рельефа и несколько перекрывающихся изображений. Такие продвинутые фотограмметрические процессы не входят в содержание этого руководства.
Настройка проекта
Для начала вы настроите проект в ArcGIS Pro и посмотрите его содержимое.
- Скачайте архивированный файл StateCollegeGeoreferencing.zip, содержащий проект ArcGIS Pro и снимки, которые вы будете использовать в этом руководстве.
Примечание:
В зависимости от настроек браузера, вам могло быть предложено выбрать место для сохранения загружаемого файла. Большинство браузеров по умолчанию скачивают все в папку Загрузки.
- Щелкните правой кнопкой мыши файл StateCollegeGeoreferencing.zip и извлеките данные в подходящее расположение на вашем компьютере, например, в папку Документы.
- Откройте извлеченную папку StateCollegeGeoreferencing и дважды щелкните StateCollegeGeoreferencing.aprx, чтобы открыть проект в ArcGIS Pro.
- Если будет предложено, войдите под лицензированной учетной записью ArcGIS.
Примечание:
Если у вас нет доступа к ArcGIS Pro или учетной записи организации ArcGIS, см. варианты доступа к программному обеспечению.
Проект StateCollegeGeoreferencing откроется в ArcGIS Pro. На панели Содержание будут два слоя, которые вместе образуют базовую карту Imagery Hybrid.
- На панели Содержание щелкните отметки, чтобы включить и выключить каждый слой и посмотреть, что они представляют на карте.
Базовая карта World Imagery показывает текущие снимки данной территории. Слой Hybrid Reference Layer показывает дорожную сеть и содержит некоторые вспомогательные топонимы. Эта информация поможет вам разместить исторические фото в ходе процесса пространственной привязки. Карта центрирована на области State College в Пенсильвании.
Добавьте историческое фото
Затем вы добавите отсканированный файл исторической фотографии, которую хотите привязать к своей карте. Вы также рассчитаете статистику для изображения, чтобы при работе снимок загружался и отображался более сглажено. Затем вы определите, где должен располагаться снимок, если у него нет данных о пространственной привязке.
- Щелкните вкладку Вид на ленте. В группе Окна щелкните Панель Каталог.
- На панели Каталог разверните стрелки рядом с Папками, StateCollegeGeoreferencing и Imagery. Щелкните правой кнопкой мыши Historical_image.tif и выберите Добавить к текущей карте.
Может появиться окно Вычислить статистику для Historical_image.tif, уведомляющее о том, что для изображения недостаточно статистики и предлагающее ее вычислить. Статистика также полезна для улучшения отображения, например, для применения растяжки контраста, а также в некоторых задачах обработки изображений. Подробнее о построении пирамидных слоев и вычислении статистики.
Примечание:
В зависимости от настроек ArcGIS Pro статистика может быть вычислена автоматически, либо вам будет предложено это сделать.
- При появлении запроса щелкните Да.
ArcGIS Pro вычисляет статистику для Historical_image.tif.
Historical_image.tif появился на панели Содержание, но на карте его не видно. Сообщение в правом верхнем углу предупреждает вас, что изображение не имеет информации о системе координат.
Это ожидаемо, потому что добавленное изображение не содержало информации о пространственной привязке. Прежде, чем это исправить, вы определите, где этот снимок должен располагаться на карте.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой Historical_image.tif и выберите Приблизить к слою.
На карте теперь показаны исторические аэрофотоснимки, сделанные в районе State College.
Но так как для него отсутствует пространственная привязка, приложение не может разместить его и показывает его по умолчанию на широте и долготе (0,0), как указано в нижней части вида карты.
Непривязанные снимки добавляются в точку начала отсчета системы координат карты. Чтобы подтвердить текущее местоположение, вы будете уменьшать масштаб до тех пор, пока не сможете распознавать географические элементы.
- Несколько раз уменьшите масштаб на карте с помощью колесика прокрутки мыши.
Сначала вы увидите полностью черный фоон, но через некоторое время появляется какая-то суша, и вы можете видеть, что изображение находится у западного побережья Африки.
Перед тем, как приступить к пространственной привязке, вы вернете карту с исходному экстенту.
- На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Навигация щелкните Закладки и выберите State College PA.
Вьюер карт снова вернется обратно к области State College в Пенсильвании.
Задать систему координат
В качестве первого шага процесса пространственной привязки вы зададите систему координат, в которой хотите привязать исторический снимок.
У всех геопривязанных данных и изображений есть заданная система координат или пространственная привязка. По умолчанию в ArcGIS Pro картам назначается система координат WGS 1984 Web Mercator, которая отображает всю территорию Земли в виде квадрата, как показано на следующем изображении:

Эту проекцию удобно использовать, если вы хотите быстро перемещаться по территории всего земного шара, но она недостаточно хороша, если вам нужно точно измерять площади и расстояния в крупных масштабах. Для таких целей лучше выбрать проекцию, которая дает минимальное искажение в области интереса.
Примечание:
Дополнительные сведения о проекциях см. в руководстве Выбор правильной проекции.
Для США лучше всего будет выбрать проекцию UTM или State Plane. Для данных, которые располагаются в регионе State College штата Пенсильвания обычно используется система координат NAD 1983 UTM Zone 18N. Вы будете использовать эту систему координат.
- На панели Содержание щелкните Historical_image.tif, чтобы убедиться, что оно выбрано.
- На ленте щелкните вкладку Изображения. В группе Выравнивание щелкните Пространственная привязка.
Откроется окно Georeferencing: Historical_image.tif и станет доступна вкладка Пространственная привязка. Далее вы установите систему пространственной привязки, или SRS (spatial reference system).
- На ленте, на вкладке Пространственная привязка в группе Подготовить щелкните Задать SRS.
Окно Свойства карты для карты StateCollegeGeoref отображается на вкладке Системы координат. Текущая система координат для карты - WGS 1984 Web Mercator (auxiliary sphere).
Вы измените ее на систему координат, выбранную для этого проекта, - NAD 1983 UTM Zone 18N.
- Рядом с Доступные системы координат XY в окне поиска введите NAD 1983 UTM Zone 18N и нажмите Enter.
- На панели Системы координат разверните Системы координат проекции, UTM, Северная Америка и NAD 1983. Щелкните NAD 1983 UTM Zone 18N, чтобы выбрать ее.
- В нижней части окна щелкните Применить.
Карта применяет систему координат NAD 1983 UTM Zone 18N к своим слоям. Пространственная привязка исторического снимка теперь будет производиться в этой же системе координат и в результате получится снимок, трансформированный в NAD 1983 UTM Zone 18N.
Горизонтальными единицами измерения в NAD 1983 UTM Zone 18N являются метры. Вы измените опцию Единицы отображения на Метры.
- Перейдите на вкладку Общие. Для Единиц отображения выберите Метры.
- Внизу окна щелкните OK.
Выполнение примерного выравнивания
Далее вы перенесете исторический снимок в область State College и разместите его вручную, чтобы получить приблизительное выравнивание с изображением базовой карты.
- На ленте щелкните вкладку Карта. Щелкните Закладки и выберите State College PA.
- На панели Содержание убедитесь, что выбран слой Historical_image.tif.
- На ленте щелкните вкладку Пространственная привязка. В группе Подготовка щелкните Подогнать к отображаемому экстенту.
Снимок изменил местоположение и поместился в отображение текущей карты.
Исторический снимок отображается между базовой картой изображений и гибридным базовым слоем. Вы оптимизируете его отображение.
- Вверху карты сверните панель информации Пространственная привязка: Historical_image.tif, чтобы упростить отображение.
Вы также отобразите исторический снимок, используя настройку Метод пересчета для более сглаженного отображения, чтобы детали изображения не выглядели неровными (пикселизированными) при увеличении масштаба.
- Щелкните на ленте вкладку Растровый слой. В группе Отображение щелкните Метод пересчета и выберите Билинейный.
Далее вы просмотрите изображение, чтобы лучше понять его текущее положение и масштаб.
- В группе Сравнить щелкните Спрятать.
- На карте используйте инструмент Спрятать, чтобы просмотреть исторический снимок. Перетащите сверху вниз или из стороны в сторону, чтобы увидеть содержание под снимком.
Как показано на рисунке, основную магистраль в форме Y (1) частично можно использовать для ориентирования. Beaver Stadium (2), который выглядит на снимке как ярко-белое пятно в форме U также является хорошим ориентиром.
Снимок ориентирован неправильно, его нужно повернуть влево, чтобы сориентировать на север.
- Когда закончите просмотр изображения, на ленте щелкните вкладку Карта. В группе Навигация щелкните кнопку Исследовать, чтобы сделать инструмент Спрятать неактивным.
- Щелкните вкладку Пространственная привязка. В группе Подготовить разверните ниспадающее меню Фиксированный поворот и выберите Повернуть влево.
Изображение поворачивается на 90 градусов против часовой стрелки.
Y-образная магистраль теперь идет в одном и том же направлении и на снимке (белый цвет), и на базовой карте (коричневый цвет). Также Beaver Stadium теперь находится к югу от шоссе.
- Исследуйте снимок с помощью масштабирования и смещения.
Подсказка:
На панели Содержание вы также можете выключить и снова включить Historical_image.tiff, чтобы лучше проверить выравнивание с базовой картой.
Исторический фотоснимок покрывает большую область базовой карты, но на самом деле представляет гораздо меньшую географическую территорию. И снова, шоссе и стадион отлично подходят для визуальной привязки.
- На вкладке Пространственная привязка используйте инструменты Перемещение, Масштаб и Поворот для улучшения размещения снимка.
По мере использования этих инструментов к снимку применяется прозрачность для помощи в идентификации правильного положения.
Подсказка:
При использовании инструментов Перемещение и Масштаб нажмите клавишу C, чтобы мгновенно вернуться к перемещению и масштабированию по мере необходимости.
Результат должен выглядеть примерно так, как на следующем рисунке.
Примечание:
Этот процесс не предусматривает получение идеальной пространственной привязки исторического снимка. В данный момент вам нужно лишь улучшить приблизительное расположение снимка. Это поможет вам на следующем этапе процесса привязки, когда вам нужно будет визуально найти совпадающие объекты между историческим фото и базовой картой.
Процесс выравнивания снимка с базовым слоем называется регистрацией. По мере перемещения, масштабирования и поворота, возможно, вы обратите внимание на то, что регистрация местоположения улучшается, но невозможно обеспечить одинаковый уровень регистрации для всего снимка. Как только вы исправите точность совмещения в одной области, в других областях она тоже изменяется. В следующем шаге процесса пространственной привязки вы примените опорные точки и метод преобразования, чтобы улучшить общую регистрацию по всему снимку.
Когда вы будете удовлетворены примерным расположением карты, вы повторно активируете инструмент Исследовать.
- На ленте щелкните вкладку Карта. Щелкните Исследовать, чтобы отключить инструменты пространственной привязки.
Внимание:
Для успеха процесса пространственной привязки не сохраняйте это изображение до конца руководства, после добавления опорных точек.
На данный момент руководства вы открыли проект в ArcGIS Pro и изучили его содержание. Затем вы добавили на карту исторический снимок, задали нужную систему координат и приблизительно выровняли фото относительно базовой карты. Далее вы добавите опорные точки на снимок и примените трансформирование.
Создание опорных точек и применение трансформирования
Опорные точки — это отдельные объекты, которые можно четко идентифицировать как на базовом изображении, так и на снимке, для которого выполняется пространственная привязка. Вы найдете и добавите на карту несколько опорных точек. Затем вы примените преобразование, чтобы совместить опорные точки на обоих изображениях.
Примечание:
Несмотря на то, что существуют автоматизированные инструменты, которые пытаются идентифицировать эти общие точки с помощью алгоритмов распознавания образов, они не всегда надежны, особенно, когда два изображения сильно отличаются друг от друга, как в этом случае, когда базовое изображение цветное, а отсканированный аэрофотоснимок черно-белый. Кроме того, при пространственной привязке исторических аэрофотоснимков могут наблюдаться изменения опорных объектов на местности из-за реконструкции дорог, ремонта тротуаров, новых зданий или нового ландшафтного дизайна. Выбор опорной точки в таких случаях будет более точным, если будет выполнен с участием человека.
Выбор нового базового изображения
При создании опорных точек рекомендуется использовать самое лучшее из доступных базовых изображений. По возможности у базового изображения должна быть известна точность, а масштаб и разрешение должны совпадать с привязываемым снимком. Это поможет вам выявить общие объекты и оценить качество итогового результата. Высокоточные аэрофотоснимки, созданные в 2006 для Центрального округа Пенсильвании, находятся в свободном доступе на портале Pennsylvania Spatial Data Access. Вы будете использовать базовое изображение, полученное на основе этих аэрофотоснимков. Оно покрывает область интереса и сохранено в системе координат NAD 1983 UTM Zone 18N.
Примечание:
Если у вас нет подходящих высокоточных аэрофотоснимков, вы также можете использовать в качестве эталона базовую карту Imagery Hybrid.
Вы добавите опорный аэрофотоснимок на карту.
- На панели Каталог щелкните правой кнопкой мыши PAMAP_reference_image.tif и выберите Добавить к текущей карте.
- На панели Содержание щелкните стрелку рядом с PAMAP_reference_image.tif, чтобы свернуть легенду.
- Убедитесь, что выбран слой PAMAP_reference_image.tif.
- Щелкните на ленте вкладку Растровый слой. В группе Отображение щелкните Метод пересчета и выберите Билинейный.
Вы удалите текущую базовую карту Imagery Hybrid из проекта, т.к. она вам больше не потребуется.
- Щелкните правой кнопкой мыши слой World Imagery и выберите Удалить.
- Удаление базового слоя Hybrid Reference
- Перетащите слой Historical_image.tif выше слоя PAMAP_reference_image.tif.
Исторический снимок отображался поверх базового изображения на карте.
Далее вы сравните эти два изображения.
- Убедитесь, что выбран слой Historical_image.tif. На ленте щелкните вкладку Растровый слой и щелкните Спрятать.
- Приблизьтесь, пока отдельные объекты на земле не будут хорошо различимы, а затем воспользуйтесь инструментом Спрятать, чтобы визуально сравнить два слоя со снимками.
Первые два снимка пока выровнены недостаточно, поскольку процесс пространственной привязки еще не завершен. Произошли некоторые очевидные изменения. Например, к северо-востоку от Beaver Stadium на снимке 2006 года виден строительный объект нового бейсбольного стадиона.
- На ленте на вкладке Карта щелкните Исследовать.
Подготовка к созданию опорных точек
Далее вы выполните подготовку для создания опорных точек.
- На вкладке Карта в группе Навигация щелкните Закладки и выберите Организовать закладки.
Появится панель Закладки для быстрого доступа к нескольким закладкам, которые были созданы для этого руководства. На них вам будут предложены несколько предполагаемых местоположений опорных точек.
- При необходимости на панели Закладки щелкните меню опций и выберите Галерея.
При этой опции закладки отображаются в виде галереи значков, а не в виде текстового списка.
- На ленте щелкните вкладку Пространственная привязка. В группе Подгонка щелкните один раз Автоприменение, чтобы выключить эту опцию.
Примечание:
Когда Aвто-применение выключена, у этой опции отсутствует фон синего цвета.
Когда инструмент Авто-применение активен, он автоматически применяет трансформирование к привязываемому изображению и обновляет отображение по мере добавления, удаления или изменения опорных точек. В этом упражнении вы отключите Авто-применение, чтобы можно было наблюдать за вашими опорными точками в их исходном местоположении. Вы примените преобразование позднее.
- В группе Просмотр щелкните Таблица опорных точек.
Появится таблица опорных точек. В ней перечислены опорные точки.
- Если необходимо, разместите таблицу под картой. Также можно перетащить верхнюю часть панели таблицы опорных точек, чтобы изменить ее размер. Убедитесь, что у вас достаточно пространства для просмотра самой карты.
Теперь вы готовы добавить первую опорную точку.
Создание опорных точек
Далее вы приступите к созданию опорных точек. Важно выбрать опорные точки так, чтобы они распределялись по всему историческому фотоснимку, чтобы достичь наилучшей возможной привязки. Это позволит привязать исторический снимок к базовому изображению с хорошей общей точностью. Например, вы можете начать с размещения одной опорной точки в юго-западном углу изображения, другой - в северо-восточном углу, и еще одной - в северо-восточной части.

Для привязки снимка потребуются как минимум три опорные точки. Затем вы можете добавить дополнительные точки, чтобы улучшить качество привязки.
Примечание:
Создание как минимум трех опорных точек позволяет разобраться с базовыми элементами регистрации: (1) Где должно быть размещено изображение? (2) Как сильно его нужно растянуть по вертикали и горизонтали (то есть, масштабировать)? И (3) насколько нужно его повернуть?
Вы создадите первую опорную точку в юго-западной части исторического снимка.
- На панели Содержание снимите отметку рядом со слоем Historical_image.tif, чтобы отключить его.
- На панели Закладки щелкните Control Point 1 Щелкните кнопку Приблизить к.
Подсказка:
Либо вы можете дважды щелкнуть закладку Control point 1.
Экстент карты обновится до предложенного местоположения для первой опорной точки. Желтая стрелка на рисунке указывает на первую опорную точку.
Примечание:
Хорошей опорной точкой считается такая точка, которую можно легко и точно распознать на обоих снимках.
- Найдите эту точку на снимке PAMAP_reference_image.tif.
- На панели Содержание включите слой Historical_image.tif. Убедитесь, что вы можете точно найти тот же объект на карте.
Примечание:
Возможно, вам потребуется выполнить перемещение и масштабирование, чтобы найти точку, поскольку два снимка на этом шаге совмещены весьма условно.
- На вкладке Пространственная привязка в группе Подгонка щелкните Добавить опорные точки.
Чтобы добавить опорные точки, сначала вы щелкните по местоположению в исходном слое (историческом снимке), а затем - соответствующее местоположение в целевом слое (базовый снимок). Эти местоположения называются "От" и "К".
- В виде карты найдите местоположение выбранной опорной точки в слое исторического снимка.
- Когда будете готовы, щелкните местоположение, чтобы разместить точку К.
Подсказка:
Если вы касались другой панели (например, панели Содержание), возможно, потребуется щелкнуть дважды: один раз, чтобы сфокусироваться на карте, и второй раз, чтобы создать Точку От (исходную).
Появится красный квадрат, отображающий местоположение Точки От.
- Найдите и щелкните на той же локации на базовом снимке.
Подсказка:
Для быстрого просмотра нижележащего слоя базового снимка нажмите один раз клавишу L, чтобы временно отключить слой исторического снимка, а затем снова L, чтобы его включить.
Если исторический снимок не отображается, то вы также можете его вернуть, снова щелкнув на таблице опорных точек.
- Щелкните в нужном месте, чтобы разместить Точку К (целевую).
Теперь есть две помеченными крестами точки, соответствующие точке «От» (красный) и «К» (зеленый). Это ваша первая опорная точка.
- Посмотрите таблицу опорных точек StateCollegeGeoref: Historical_image.tif.
В ней появилась первая опорная точка.
Примечание:
Точные значения приведены в таблице в зависимости от текущего расположения исторического снимка и они могут отличаться от тех, что представлены на рисунке.
Значения X источника и Y источника содержат координаты точки От, а значения X карты и Y карты - координаты точки К. Последние три столбца показывают остаточную ошибку, либо расстояние между точками От и К. В столбцах Residual X, Residual Y представлены расстояния между двумя точками на осях X и Y. Столбец Residual вычисляет расстояние по прямой между двумя точками на основе формулы Пифагора:
Квадратный корень (Невязка X2 + Невязка Y2)
Поскольку единицами измерения карты являются метры, то все ошибки невязки выражаются в метрах.
Примечание:
Значения в таблице могут отличаться в зависимости от текущего расположения исторического фото и точного расположения опорных точек.
Если вам не нравится, как расставлены опорные точки, вы можете их удалить. Выберите соответствующую строку в таблице и щелкните кнопку Удалить выбранное. Затем вы можете создать еще одну.
Вы создадите вторую опорную точку в северо-западной части исторического фото.
- На панели Закладки дважды щелкните Control point 2.
- Используя пример изображения для привязки, добавьте точку От (исторический снимок) и точку К (базовый снимок).
- Посмотрите таблицу опорных точек StateCollegeGeoref: Historical_image.tif и проверьте, что в нее была добавлена вторая опорная точка.
- Используя закладку Control point 3 и пример изображения для привязки, добавьте третью опорную точку в северо-восточной части исторического снимка.
Три точки перечислены в таблице опорных точек для StateCollegeGeoref: Historical_image.tif. Теперь вы готовы применить преобразование.
Применение преобразования
Вы примените преобразование на основе трех созданных опорных точек, чтобы лучше сопоставить исторический снимок с базовым.
- В таблице опорных точек проверьте, что выбран метод трансформирования Полином 1-го порядка (Аффинное).
Примечание:
Подробное описание методов преобразования приведено после данного руководства. Достаточно знать, что полиномиальное преобразование первого порядка (также называемое аффинным преобразованием) обычно используется для пространственной привязки изображений, поскольку оно преобразует изображение, не деформируя его. Как показано на следующей диаграмме, аффинное преобразование может сдвигать (или перемещать) изображение (1), масштабировать его горизонтально (2), масштабировать вертикально (3) и поворачивать (4).
Прямые линии на входном изображении останутся прямыми и на выходном изображении. Квадраты и прямоугольники на входном изображении могут стать параллелограммами произвольного масштаба и угловой ориентации.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой Historical_image.tif и выберите Приблизить к слою.
Три опорные точки видны одновременно.
- В таблице опорных точек посмотрите на значения ошибок невязки.
В настоящий момент невязки получены в результате первичной привязки, которую вы получили, используя инструменты Перемещение, Масштаб и Поворот, поэтому они должны быть достаточно высокими (100 метров или более).
- На ленте на вкладке Пространственная привязка, в группе Подгонка щелкните Применить.
Исходное изображение будет автоматически сдвинуто, масштабировано и повернуто таким образом, чтобы пары исходных и целевых точек совпали.
- В таблице опорных точек посмотрите на новые значения ошибок невязки.
Теперь значения всех невязок равны 0 метров. Это связано с тем, что афинное преобразование вычисляет точное решение на основе трех опорных точек. Несмотря на то, что на первый взгляд это может показаться идеальным решением, на самом деле, путем смещения, масштабирования и вращения, аффинное преобразование может идеально выровнять любой набор из трех опорных точек, даже если вы случайно оцифровали неправильную точку «От» или «К» в любом из изображений.
Именно поэтому, хотя для аффинного преобразования можно использовать всего три точки, вам следует добавить еще несколько. Если будет от четырех до шести опорных точек, аффинное преобразование не сможет полностью выровнять их все автоматически, вместо этого оно попытается выровнять точки как можно лучше в целом, обеспечивая наилучшее сопоставление. Результатом будет то, что ошибки невязки будут больше нуля, но в целом небольшие. Если ошибки невязки будут большими, это будет говорить о том, что некоторые опорные точки были созданы некорректно и их нужно пересмотреть и исправить.
Примечание:
Можно создать более шести опорных точек, но большое количество точек не добавит точности при работе с аффинным преобразованием.
Добавление дополнительных опорных точек
Теперь вы добавите дополнительные опорные точки и повторно примените преобразование.
- Используя закладку Control point 4 и пример изображения, добавьте четвертую опорную точку в юго-восточной части исторического снимка.
- Используя закладку Control point 5 и пример изображения, добавьте пятую опорную точку к западу от центральной части исторического снимка.
- Используя закладку Control point 6 и пример изображения, добавьте шестую опорную точку к востоку от центральной части исторического снимка.
- Просмотрите таблицу опорных точек.
Теперь в ней представлены шесть опорных точек. У первых трех ошибка невязки все так же равна 0, а у последних трех эти значения ошибок весьма высоки. Несмотря на то, что примененное ранее преобразование было точным решением для первых трех пунктов, оно не является идеальным решением для трех последних. Сдвиг, масштабирование и поворот, которые точно вписывают первые три точки, не являются идеальным решением для всего снимка в целом.
Сейчас вы снова примените аффинное преобразование, чтобы оптимизировать выравнивание для всех точек в целом.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой Historical_image.tif и выберите Приблизить к слою.
- На ленте на вкладке Пространственная привязка щелкните Применить.
Расположение исторического снимка слегка выровнялось.
- Просмотрите таблицу опорных точек.
Теперь у всех шести точек есть небольшие невязки. В итоге было вычислено наилучшее решение, при котором все опорные точки по возможности уравнены, а пространственная невязка равномерно распределена между всеми опорными точками. Некоторые из этих точек вы изучите визуально.
- Дважды щелкните в начале строки первой опорной точки.
Карта приближается к этой выбранной опорной точке. Вы можете увидеть, что с какого-то уровня масштаба заметно, как точки К и От не совпадают. Это расстояние между ними и соответствует невязке для этой опорной точки.
- Аналогичным образом приблизьтесь к другим точкам, чтобы изучить их визуально.
В связи с ограничениями этого подхода геопривязки могут остаться несколько невязок, не равных нулю. По мере изучения уравнивания каждой пары точек, обратите внимание на диапазон и направление сдвига между историческим и базовым снимками. Это расстояние всегда одинаково? Это направление всегда одинаково?
Если невязки выглядят чересчур большими, например, если они составляют более 40 метров, это говорит о том, что вы могли сделать ошибку при создании одной из опорных точек.
Примечание:
Какой уровень невязки является допустимым? Нет четких правил, определяющих допустимую величину ошибки невязки. Она зависит от качества, масштаба и разрешения изображения. Она также зависит от типа ландшафтов, представленных на снимке. Как вы увидите далее в этом руководстве, территории с большим разбросом по высоте, например, участки, где горы соседствуют с равнинами, приводят к большей величине ошибки. В конечном счете, допустим ли уровень невязки, зависит от того, что вы планируете делать с изображением, и от требуемого уровня точности. По мере накапливания опыта вы сможете оценить качество результата пространственной привязки и то, соответствует ли он вашим требованиям к точности.
Одним из способов проверки точности опорных точек является повторное применение преобразования, когда одна из опорных точек отключена.
- В таблице опорных точек отключите одну из них.
- На ленте на вкладке Пространственная привязка щелкните Применить.
Если ошибки невязок существенно увеличились, то это может говорить о том, что отключенная точка была поставлена недостаточно корректно. В данном случае вы можете удалить точку из таблицы и поставить ее заново. Однако если ошибки невязки в целом остаются примерно на том же уровне (в данном примере - до 40 метров), нет особого смысла пытаться улучшить опорные точки. Например, опорная точка, которая дает небольшое повышение невязки, может быть поставлена точно, но в области с большими перепадами высот.
- Дополнительно примените преобразование к другим поднаборам пяти включенных точек, чтобы посмотреть, как это повлияет на невязку.
- Включите шесть опорных точек и снова примените преобразование.
Это финальная регистрация исторического снимка. Вы сохраните информацию о пространственной привязке.
- На ленте на вкладке Пространственная привязка, в группе Сохранить щелкните Сохранить.
При сохранении снимка информация о пространственной привязке записывается на диск. Информация включает сведения о системе координат и примененном преобразовании, а также о всех опорных точках. Таким образом определяется, как должно быть сдвинуто, масштабировано и повернуто изображение, чтобы оно появилось ровно в том виде, в котором оно сейчас представлено на карте. Изображения с этой информацией получают пространственную привязку на лету в ArcGIS Pro. Исторический снимок теперь может быть добавлен в любой ГИС-проект, соответственно, он появится на карте в том же точном местоположении.
Примечание:
В большинстве случаев рекомендуется использовать опцию Сохранить. Преимуществами этого метода является то, что для применения геопривязки нужно очень мало данных и то, что он не меняет исходное изображение.
Сохранить как новый (вместо Сохранить) приводит к созданию нового изображения с постоянной трансформацией. Вместо записи параметров преобразования эта опция перезаписывает все изображение целиком. Это постоянное преобразование может быть полезно в некоторых случаях, но при этом потребуется больше места на диске для хранения новых изображений и вы не можете его отменить. Подробнее см. в разделе Обзор пространственной привязки.
Процесс пространственной привязки завершен.
- На вкладке Пространственная привязка, в группе Закрыть щелкните Закрыть Пространственную привязку.
Будут отключены вкладка Пространственная привязка, таблица опорных точек и сами опорные точки.
- На Панели инструментов быстрого доступа щелкните кнопку Сохранить проект.
Примечание:
Если появится сообщение о том, что проект был создан с использованием предыдущей версии ArcGIS Pro, щелкните Да. При необходимости вы можете воспользоваться инструментом Вырезать растр, чтобы вырезать исторический снимок по области интереса и удалить темную границу исходного фотоснимка.
Вы посмотрите, как исторический снимок теперь представлен на диске.
- В Windows Explorer перейдите к папке StateCollegeGeoreferencing и откройте папку Imagery.
Изначально у вас был только основной файл изображения, Historical_image.tif. После того, как вы поработали с изображением в ArcGIS Pro, были добавлены следующие вспомогательные файлы:
- Historical_image.tif.aux.xml содержит статистику изображения, информацию о системе координат (NAD 1983 UTM Zone 18N), а также некоторые другие сведения.
- Historical_image.tfwx (или мировой файл) содержит информацию о пространственной привязке.
Подсказка:
Historical_image.tif также содержит информацию о пространственной привязке, встроенную в виде тегов GeoTIFF. Стороннее программное обеспечение может читать как мировой файл, так и теги GeoTIFF.
Подробнее о регистрации и ортотрансформировании
В этом уроке вы привязали исторический фотоснимок с использованием методов трансформации (преобразования) Это относительно быстрый и удобный способ подготовки снимков для работы в ГИС. Однако этот подход упирается в определенный достижимый уровень точности.
Когда делается аэрофотоснимок, тангаж и наклон камеры в плоскости по отношению к земле, а также влияние самой местности на фотографии приводят к изменениям масштаба и искажениям на фотографии, которые нельзя исправить ее смещением, масштабированием и вращением.
Вы изучите область, где такие вариации заметны.
- На ленте на вкладке Карта щелкните Закладки и выберите закладку Elevation variation.
В восточной части этот экстент включает гору Ниттани, чья высота значительно больше, чем у всей окружающей ее территории. Это можно заметить на следующем рисунке, где показан рельеф данного участка.
Такая разница в высотах приводит к искажениям на историческом снимке.
- На панели Содержание убедитесь, что выбран слой Historical_image.tif.
- Щелкните на ленте вкладку Растровый слой. Щелкните Спрятать.
- Воспользуйтесь инструментом Спрятать на карте, чтобы сравнивать уравнивание на плоских участках и в высоких горах.
Полученная вами регистрация изображения точнее на плоских участках. На рисунке ниже приведены несколько интересных примеров. В центре города Лемонт, лежащего на небольших высотах (1), улицы выровнены достаточно точно. По сравнению с ним в горах рядом с г.Ниттани дорога (2) и горный гребень (3) выровнены не так хорошо.
Чтобы устранить такие искажения, вы должны использовать более продвинутый фотограмметрический процесс, включающий методы ортотрансформирования. Такой рабочий процесс будет использовать слой модели рельефа, который предоставляет информацию о высотах для исправления искажений изображения. Конечным результатом будет высокоточное ортотрансформированное изображение или ортофотоснимок.
Примечание:
Подробнее о фотограмметрии и ортотрансформировании.
Уровня точности, который получается с помощью методов простой регистрации, достаточно, когда вы хотите визуально изучить исторические фотографии и сравнить их с другими слоями данных, чтобы получить общее представление о том, как изменилась область в течение времени. Если же вместо этого вы хотите использовать изображения в высокоточном рабочем процессе анализа изменений, включающем сравнение ребер дорог или изменений в земном покрове, необходим подход ортотрансформирования.
- Завершив просмотр изображения, перейдите на вкладку Карта. Щелкните Explore.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой Historical_image.tif и выберите Приблизить к слою.
- Сохраните проект.
В этом руководстве вы выполнили пространственную привязку исторического снимка, используя методы регистрации. Сначала вы добавили на карту снимок, у которого нет системы координат, и грубо вписали его в экран. Затем вы создали опорные точки, применили преобразование для более точного размещения изображения и сохранили эту новую созданную информацию о пространственной привязке на диск. И, наконец, вы узнали о разнице между этим подходом и более продвинутыми методиками ортотрансформирования.
Больше подобных руководств вы можете найти на странице Данные дистанционного зондирования и изображения.
Вы можете найти больше учебных пособий в галерее учебных пособий.